本發(fā)明涉及環(huán)氧樹脂組合物，特別涉及具有高導(dǎo)熱低應(yīng)力性能，且成型工藝性能良好的適用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱低應(yīng)力型環(huán)氧樹脂組合物。
背景技術(shù)：
近年來，全包封的半導(dǎo)體分立器件由于組裝方便，相對(duì)于半包封的半導(dǎo)體器件得到了更快的發(fā)展，而對(duì)于半導(dǎo)體器件封裝用的全包封用環(huán)氧樹脂則要求材料具有高導(dǎo)熱低應(yīng)力性能和優(yōu)良的成型工藝性能。全包封半導(dǎo)體器件主要是用于大功率的電子產(chǎn)品，并且由于全包封半導(dǎo)體器件特殊的結(jié)構(gòu)要求，其封裝是一種典型的不對(duì)稱封裝(全包封半導(dǎo)體器件的背面與正面厚度不一樣)。在對(duì)全包封半導(dǎo)體器件的封裝過程中，由于封裝材料本身應(yīng)力較高，在溫度變化時(shí)會(huì)導(dǎo)致被封裝的半導(dǎo)體器件的電性能失效率比較高；當(dāng)含有此類三極管的大功率的電子產(chǎn)品在工作時(shí)，溫度會(huì)達(dá)到70℃以上，高溫將對(duì)封裝的三極管的工作穩(wěn)定性產(chǎn)生極大的影響，進(jìn)而對(duì)整個(gè)電子產(chǎn)品的性能產(chǎn)生重大影響。目前全包封半導(dǎo)體器件用的環(huán)氧樹脂組合物難以滿足高溫穩(wěn)定性要求，并且導(dǎo)熱性能、低應(yīng)力方面也難以達(dá)到要求，且如果低應(yīng)力達(dá)到了要求，而導(dǎo)熱性能又難以達(dá)到要求。熔融型二氧化硅粉的線膨脹系數(shù)比結(jié)晶型二氧化硅粉低一個(gè)數(shù)量級(jí)，所以在環(huán)氧樹脂組合物中通過添加球形的熔融型二氧化硅粉末，可保證環(huán)氧樹脂組合物的低應(yīng)力要求，同時(shí)也保證了流動(dòng)性，降低影響被封裝的半導(dǎo)體器件的外形缺陷；另外通過添加高導(dǎo)熱填料也能夠滿足環(huán)氧樹脂組合物材料的導(dǎo)熱性。因此，能夠提高環(huán)氧樹脂組合物材料的導(dǎo)熱性(散熱性)、降低應(yīng)力是適用于全包封半導(dǎo)體器件的環(huán)氧樹脂組合物材料的一個(gè)重要的研究發(fā)展方向。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提供具有高導(dǎo)熱低應(yīng)力性 能，且成型工藝性能良好的適用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱低應(yīng)力型環(huán)氧樹脂組合物。
本發(fā)明通過在用于全包封半導(dǎo)體器件的環(huán)氧樹脂組合物中添加高導(dǎo)熱的無機(jī)填料和球形的熔融型二氧化硅粉末及低應(yīng)力改性劑，既改善了環(huán)氧樹脂組合物的填充性能，以能夠滿足全包封半導(dǎo)體器件的封裝工藝，又能使環(huán)氧樹脂組合物達(dá)到高導(dǎo)熱低應(yīng)力的要求，以使被封裝的半導(dǎo)體器件的電性能失效率比降低。
本發(fā)明的用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱低應(yīng)力型環(huán)氧樹脂組合物的組分及含量為：
本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物中所使用的環(huán)氧樹脂為1個(gè)環(huán)氧分子內(nèi)有2個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的單體、低聚物或聚合物，其分子量及分子結(jié)構(gòu)無特別限定。上述的環(huán)氧樹脂可以選自鄰甲酚醛環(huán)氧樹脂、雙酚A型環(huán)氧樹脂、雙酚F型環(huán)氧樹脂、線性酚醛環(huán)氧樹脂、聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂、雙環(huán)戊二烯型環(huán)氧樹脂、開鏈脂肪族環(huán)氧樹脂、脂環(huán)族環(huán)氧樹脂、雜環(huán)型環(huán)氧樹脂等中的一種或幾種。
本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物中所使用的酚醛樹脂為1個(gè)酚醛分子內(nèi)有2個(gè)以上羥基的單體、低聚物或聚合物，其分子量及分子結(jié)構(gòu)無特別限定。上述的酚醛樹脂可以選自苯酚線性酚醛樹脂及其衍生物(衍生物如苯酚烷基酚醛樹脂)、苯甲酚線性酚醛樹脂及其衍生物、單羥基或二羥基萘酚醛樹脂及其衍生物、對(duì)二甲苯與苯酚或萘酚的縮合物、雙環(huán)戊二烯與苯酚的共聚物等中的一種或幾種。
本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物中所使用的無機(jī)填料為高導(dǎo)熱的無機(jī)填料。 可以選自結(jié)晶型二氧化硅粉末、三氧化二鋁粉末、氮化硅粉末、氮化鋁粉末等中的一種或幾種。上述結(jié)晶型二氧化硅粉末、三氧化二鋁粉末、氮化硅粉末、氮化鋁粉末可以單獨(dú)使用或混合使用。此外，所述的無機(jī)填料的表面可以使用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理。
所述的結(jié)晶型二氧化硅粉末、三氧化二鋁粉末、氮化硅粉末、氮化鋁粉末的中位徑(D50)都為10～40微米。
所述的球形的熔融型二氧化硅粉末的中位徑(D50)為18～23微米。
所述的阻燃劑為溴代環(huán)氧樹脂與三氧化二銻配合的阻燃劑，其中，溴代環(huán)氧樹脂與三氧化二銻的重量比為10：1。
所述的固化促進(jìn)劑，只要能促進(jìn)環(huán)氧基和酚羥基的固化反應(yīng)即可，無特別限定。所述的固化促進(jìn)劑可以選自咪唑化合物、叔胺化合物和有機(jī)膦化合物等中的一種或幾種。
所述的咪唑化合物選自2-甲基咪唑、2,4-二甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑和2-(十七烷基)咪唑等中的一種或幾種。
所述的叔胺化合物選自三乙胺卞基二甲胺、α-甲基卞基二甲胺、2-(二甲胺基甲基)苯酚、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚和1，8-二氮雜雙環(huán)(5,4,0)十一碳烯-7等中的一種或幾種。
所述的有機(jī)膦化合物選自三苯基膦、三甲基膦、三乙基膦、三丁基膦、三(對(duì)甲基苯基)膦和三(壬基苯基)膦等中的一種或幾種。
所述的脫模劑可以選自巴西棕櫚蠟、合成蠟和礦物質(zhì)蠟中的一種或幾種。
所述的著色劑為炭黑。
所述的硅烷偶聯(lián)劑可以選自γ-環(huán)氧丙基丙基醚三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-巰基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一種或幾種。
所述的低應(yīng)力改性劑為液體硅油、硅橡膠粉末或它們的混合物等。
本發(fā)明的用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱低應(yīng)力型環(huán)氧樹脂組合物的制備方法：將占所述的環(huán)氧樹脂組合物總量的5～10wt％的環(huán)氧樹脂、5～8wt％的酚醛樹脂、66～83wt％的無機(jī)填料、3～20％wt％的球形的熔融型二氧化硅粉末、1～1.5wt％的阻燃劑、0.05～0.1wt％的固化促進(jìn)劑、0.4～0.6wt％的脫模劑、0.4～0.6wt％的著色劑、0.4～0.6wt％的硅烷偶聯(lián)劑及0.8～1wt％的低應(yīng)力 改性劑混合均勻，然后將得到的混合物在溫度為70～100℃的雙輥筒混煉機(jī)上熔融混煉均勻，將熔融混煉均勻的物料從雙輥筒混煉機(jī)上取下自然冷卻、粉碎，得到所述的用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱低應(yīng)力型環(huán)氧樹脂組合物的粉狀料；進(jìn)一步預(yù)成型為餅料，獲得用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱低應(yīng)力型環(huán)氧樹脂組合物的成型材料。
本發(fā)明通過在用于全包封半導(dǎo)體器件的環(huán)氧樹脂組合物中添加高導(dǎo)熱的無機(jī)填料和球形的熔融型二氧化硅粉末及低應(yīng)力改性劑，所獲得的用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱低應(yīng)力型環(huán)氧樹脂組合物既改善了環(huán)氧樹脂組合物的填充性能，又降低了環(huán)氧樹脂組合物的本身的內(nèi)應(yīng)力(由于球形的熔融型二氧化硅粉末的添加導(dǎo)致了內(nèi)應(yīng)力的下降)，是一種能夠滿足全包封半導(dǎo)體器件外形的封裝、填充性優(yōu)良、導(dǎo)熱率高、同時(shí)也具備低應(yīng)力要求的高導(dǎo)熱低應(yīng)力型的環(huán)氧樹脂組合物。本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物同時(shí)還具備了必要的流動(dòng)性、高可靠性、阻燃性。
以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但這僅是舉例，并不是對(duì)本發(fā)明的限制。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
鄰甲酚醛環(huán)氧樹脂A1(日本DIC Corporation制“N-665”) 10wt％
苯酚線性酚醛樹脂B1(日本DIC Corporation制“TD-2131”) 5wt％
結(jié)晶型二氧化硅粉末D1(d50為25μm) 74wt％
球形的熔融型二氧化硅粉末E(D50為20微米) 7wt％
阻燃劑 溴代環(huán)氧樹脂和三氧化二銻(溴代環(huán)氧樹脂與三氧化二銻的重量比為10：1) 1.5wt％
固化促進(jìn)劑2-甲基咪唑C 0.05wt％
巴西棕櫚蠟 0.5wt％
炭黑 0.5wt％
γ-環(huán)氧丙基丙基醚三甲氧基硅烷 0.5wt％
液體硅油 0.45wt％
硅橡膠粉末 0.5wt％(d50為1μm)
按照上述配比稱量并混合均勻后，將得到的混合物再在溫度為70～100℃預(yù)熱的雙輥筒混煉機(jī)上熔融混煉均勻，將熔融混煉均勻的物料從雙輥筒混 煉機(jī)上取下自然冷卻、粉碎，得到用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱低應(yīng)力型環(huán)氧樹脂組合物的粉狀料；然后預(yù)成型為餅料，獲得用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱低應(yīng)力型環(huán)氧樹脂組合物的成型材料。用以下方法對(duì)得到的用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱低應(yīng)力型環(huán)氧樹脂組合物的成型材料進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見表1。
膠化時(shí)間：熱板法，將電熱板加熱到175±1℃，取0.3～0.5g上述成型材料樣品粉末放在電熱板上，粉料逐漸由流體變成膠態(tài)時(shí)為終點(diǎn)，讀出所需時(shí)間。
螺旋流動(dòng)長(zhǎng)度：在傳遞模塑壓機(jī)上借助EMMI-1-66螺旋流動(dòng)金屬模具測(cè)定，成型壓力為70±2Kgf/cm2，模具溫度為175±2℃，取上述成型材料樣品粉末20±5g進(jìn)行測(cè)試。
熔融粘度：利用日本島津公司的高化流動(dòng)儀測(cè)定得到的環(huán)氧樹脂組合物成型材料的熔融粘度。測(cè)試條件：口模為0.5×1.0mm，載荷為10kg，溫度為175℃。
導(dǎo)熱系數(shù)：按照國(guó)標(biāo)GB/T3139-82，利用導(dǎo)熱儀測(cè)定得到的環(huán)氧樹脂組合物成型材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
成型工藝性能：塑封大功率全包封器件TO-220F，內(nèi)部氣孔用超聲掃描測(cè)定，正面臺(tái)階面氣孔和背部氣孔用目測(cè)。經(jīng)檢驗(yàn)后不合格的大功率全包封器件TO-220F的只數(shù)越少，表明成型工藝性能越好。
不良率：塑封大功率全包封器件TO-220F，電鍍、切筋后，測(cè)試電參數(shù)，檢驗(yàn)后電參數(shù)不合格數(shù)與總測(cè)試數(shù)的比率為大功率全包封器件TO-220F的不良率。不良率越少，環(huán)氧樹脂組合物的低應(yīng)力性能越好。
實(shí)施例2～8
環(huán)氧樹脂組合物的組成見表1，制備方法同實(shí)施例1，評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例1，評(píng)價(jià)結(jié)果見表1。
比較例1～4
環(huán)氧樹脂組合物的組成見表2，制備方法同實(shí)施例1，評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例1，評(píng)價(jià)結(jié)果見表2。
實(shí)施例2～8、比較例1～4的環(huán)氧樹脂組合物中采用的在實(shí)施例1以外的 成分如下：
雙環(huán)戊二烯型環(huán)氧樹脂A2(日本DIC Corporation制“HP-7200”)
苯酚烷基酚醛樹脂B2(Mitsui Chemicals,Inc.制“XLC-4L”)
三氧化二鋁粉末D2(d50為25μm)
表1：實(shí)施例組合物的組成及評(píng)價(jià)結(jié)果(以重量百分比計(jì))
表2：比較例組合物的組成及評(píng)價(jià)結(jié)果(以重量百分比計(jì))
由上述實(shí)施例及比較例可看出，同時(shí)包含高導(dǎo)熱的無機(jī)填料和球形的熔融型二氧化硅粉末及低應(yīng)力改性劑的本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物可同時(shí)滿足導(dǎo)熱性能好、填充性能好、不良率低的要求。